CN113577852A - 一种纳米粉体收集系统及收集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米粉体收集系统及收集方法，所述粉体收集系统包括下料罐、高温蒸汽输送管体和一级或两级以上的相互级联连通的沉降收集装置，在所述高温蒸汽输送管体的上方竖直设置所述下料罐，该下料罐的底端出料口与所述高温蒸汽输送管体上侧壁内连通，所述高温蒸汽输送管体的输出端与所述沉降收集装置的入料端连通。本发明能将纳米粉体随蒸汽在高温状态下流动过程中，在沉降收集装置的前端进行高温沉降收集，在沉降收集装置的末端实现冷凝收集，使蒸汽与纳米粉体冷凝形成水浆排出，收集过程中无尾气产生，环境污染少，减少生产成本低，收集得到的粉体杂质含量低，粉体粒径大小均匀、粒度一致性好。

Description

一种纳米粉体收集系统及收集方法

技术领域

本发明属于粉体收集技技术领域，尤其涉及一种纳米粉体收集系统及收集方法。

背景技术

近几年来，随着新材料领域的飞速发展，纳米粉体材料需求急剧增长，纳米材料作为一种特殊的精细化工产品，越来越受到人们的关注，纳米粉体材料的质量和性能要求也日趋提高，为此，纳米粉体的制备工艺、工业化生产和应用技术等方面成为现阶段研究热点，但对于大规模工业化生产，还存在着许多技术问题。到目前为止，现有的纳米粉收集主要有高压静电吸引法、液氮冷凝法和自然沉降冷却造粒法，而高压静电吸引法一般为超过20万伏高压电(即静电除尘原理)进行静电吸附，由于各种粉体的比电阻不同，因此一种设备只能收集一种粉体，因此设备复杂、造价高；液N₂冷凝法对纳米粉体进行收集，收粉效率和粉体收得率较低。自然沉降冷却造粒法是基于气、粉混合物为气溶胶的原理，将很小的纳米粒子因激烈的布朗运动而相互碰撞并变成较大粒子，纳米粒子靠自然造粒成可高效收集状态，因此，自然沉降速度较慢，所以所需设备非常庞大，为此，传统纳米粉体收集设备的收集效率较低，且由于微粒的布朗运动，传统的重力沉降法几乎无法达到收集效果。

发明内容

本发明的目的在于提一种纳米粉体收集系统及收集方法，根据本发明的收集系统能对粉体颗粒随高温蒸汽在高流动过程中进行收集和沉降保，收集过程中无尾气产生，环境污染少，减少生产成本低，收集得到的粉体杂质含量低，粉体粒径大小均匀、粒度一致性好。为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：

根据本发明的一个方面，提供了一种纳米粉体收集系统，所述粉体收集系统包括下料罐、高温蒸汽输送管体和一级或两级以上的相互级联连通的沉降收集装置，在所述高温蒸汽输送管体的上方竖直设置所述下料罐，该下料罐(1)的底端出料口与所述高温蒸汽输送管体上侧壁内连通，所述高温蒸汽输送管体的输出端与所述沉降收集装置的入料端连通。

上述方案进一步优选的，所述沉降收集装置包括多个相互紧密接触级联且依次连通的沉降收集罐体，所有沉降收集罐体的顶端通过密封盖板进行密封连成一体，在第一个沉降收集罐体的顶端侧壁设置有入料端，在每个沉降收集罐体的底端分别设置有出料口，最末端的沉降收集罐体的顶端侧壁设置有级联输出口，相邻的沉降收集罐体顶端侧壁之间的高度低于入料端的高度，并使相邻的沉降收集罐体的顶端侧壁与密封盖板内部顶壁之间形成过料通道口，在每个沉降收集罐体内设置有由密封盖板内部顶壁向下伸入沉降收集罐体内的阻挡隔板，该阻挡隔板的前后两侧分别密封固定在所述沉降收集罐体的前后侧壁上。

上述方案进一步优选的，所述沉降收集罐体包括相互一体连接的上收集罐体和下收集罐体，其中，由多个上收集罐体相互紧密接触级联且依次连通形成多级收集空间，所有上收集罐体的顶端通过一块密封盖板进行密封连成一体，在第一个上收集罐体的顶端侧壁设置所述入料端，相邻的上收集罐体顶端侧壁与密封盖板内部顶壁之间形成过料通道口，每一个上收集罐体底端连通的下收集罐体相互分离形成沉降空间，所述下收集罐体为上端大、下端小的锥形收集罐体，在下收集罐体的底端设置所述出料口，所述阻挡隔板的上端固定在密封盖板的内部顶壁，所述阻挡隔板下端以及前后两侧分别沿上收集罐体的前后侧壁向竖直延伸至下收集罐体的上端口部或上端口部之下。

上述方案进一步优选的，所述上收集罐体为圆柱形罐体，所述下收集罐体为圆锥形罐体，在第一个上收集罐体的顶端侧壁沿切向方向设置所述入料端，所述阻挡隔板与所述过料通道口的出料方向呈垂直状态。

上述方案进一步优选的，所述阻挡隔板与所述过料通道口的出料方向呈 45°～90°夹角。

上述方案进一步优选的，所述相互一体连接的上收集罐体和下收集罐体分别由一体连接的外壳体和一体连接的内胆罐体组成，在外壳体和内胆罐体之间设置有相互连通的空腔体。

上述方案进一步优选的，在空腔体内设有保温层或冷却层。

上述方案进一步优选的，所述上收集罐体和下收集罐体的高度之比为 5:2～3。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种纳米粉体收集系统的收集方法，将纳米粉体与高温蒸汽进行混合，使纳米粉体随蒸汽在高温状态下流动过程中，在沉降收集装置的前端进行高温沉降收集，然后逐渐冷凝和散热，在沉降收集装置的末端实现冷凝收集，使蒸汽与纳米粉体冷凝形成水浆排出，其具体收集过程为：将纳米粉体和高温水蒸汽汇在集高温蒸汽输送管体内形成混合物料后，一同高速流动送入沉降收集装置前级的沉降收集罐体内进行降速和高温沉降收集，在前级的沉降收集罐体内先由螺旋离心下降进行高温保温沉降收集，再依次将混合物料缓慢送入沉降收集装置后级的沉降收集罐体(30)内呈螺旋离心下降进行冷凝沉降收集。

上述方案进一步优选的，所述高温水蒸汽的温度为200℃～800℃，所述高温水蒸的流速为2m/s～20m/s。

综上所述，本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)、本发明的收集系统能对纳米粉体颗粒随蒸汽在高温状态下流动过程中，在收集系统的前端进行高温和沉降收集，以及收集系统的后端冷凝收集，将粉体和高温蒸汽冷却散热后冷凝成水，在收集系统的末端无尾气排出，上收集罐体和下收集罐体的高度比例合理适中，使得收集和沉降更加充分，最末端收集到粉尘气体的含尘量最低，提高物气的收集和沉降效果，提高粉体收集的能力；

(2)、本发明的收集系统能实现前端高温沉降收集以及逐级冷却收集，从而实现在收集过程的后端对蒸汽进行冷却和散热，将蒸汽冷凝成水，使末端残留的粉体形成水浆排出，在逐级沉降收集纳米材料过程中实现零逃逸，达到完全收集的目的，收集过程中无尾气产生，环境污染少，减少生产成本低，收集得到的粉体分级性好，粉体粒径大小均匀、粒度一致性好。

附图说明

图1是本发明一种纳米粉体收集系统的系统原理图；

图2是本发明的沉降收集罐体的结构示意图；

图3是本发明的沉降收集罐体的正视结构示意图；

图4是本发明的沉降收集罐体的俯视结构示意图；

附图中，下料罐1、高温蒸汽输送管体2，沉降收集装置3，不锈钢管4，密封阀门5，喷淋头6，沉降收集罐体30，外壳体30a，空腔体30b，内胆罐体30c，密封盖板31，入料端32，出料口33，过料通道口34，阻挡隔板35，上收集罐体300，下收集罐体301，外壳体30a，螺旋输出泵330。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种纳米粉体收集系统，所述粉体收集系统包括下料罐1、高温蒸汽输送管体2和一级或两级以上的相互级联连通的沉降收集装置3，相邻的沉降收集装置3之间通过不锈钢管4连接，在不锈钢管36上设置有密封阀门5，根据需要打开相应的密封阀门5，可选择不同级数的沉降收集装置3，在所述高温蒸汽输送管体2的上方竖直设置所述下料罐1，该下料罐1的底端出料口与所述高温蒸汽输送管体2上侧壁内连通，所述高温蒸汽输送管体2的输出端与所述沉降收集装置3的入料端连通，将粉体装入下料罐1内并通过螺旋推送泵将物料输送高温蒸汽输送管体2内，与高温蒸汽输送管体2内的高温蒸汽进行混合并一起送入沉降收集装置3内进行收集和沉降；每一级所述沉降收集装置3包括多个相互紧密接触级联且依次连通的沉降收集罐体30，所有沉降收集罐体30的顶端通过密封盖板31 进行密封连成一体，下一级的首个沉降收集罐体30与上一级的最后一个沉降收集罐体30之间通过不锈钢管4连通，使所有沉降收集罐体30顶端通过密封盖板31进行密封，在第一个沉降收集罐体30的顶端侧壁设置有入料端32，在每个沉降收集罐体30的底端分别设置有出料口33，在出料口33的端口上还设置有螺旋输出泵330，螺旋输出泵330将收集的纳米粉体从出料口33排出等待包装，同时冷凝的蒸汽水也从出料口33排出，最末端的沉降收集罐体 30的顶端侧壁设置有级联连接口，从而使上一级沉降收集装置3的联输出口与下一级沉降收集装置3的级联连接口通过不锈钢管4进行连通，相邻的沉降收集罐体30顶端侧壁之间的高度低于入料端31的高度，并使相邻的沉降收集罐体30的顶端侧壁与密封盖板31内部顶壁之间形成过料通道口34，在每个沉降收集罐体30内设置有由密封盖板31内部顶壁向下伸入沉降收集罐体30内的阻挡隔板35，该阻挡隔板35的前后两侧分别密封固定在所述沉降收集罐体30的前后侧壁上，将高温水蒸汽与纳米粉体在高温蒸汽输送管体2 内混合后，高速流动的混合物料通过高温蒸汽输送管体2送入第一个沉降收集罐体30内，使高温蒸汽得到降速，在其前端进行高温沉降收集，此时高速流动的混合物料在多个相互紧密接触级联且依次连通的沉降收集罐体30内以及阻挡隔板35的阻挡下，形成波浪(正弦)方式向末端方向缓慢流动，混合物料在流动过程中不断碰撞阻挡隔板35而形成旋风下降收集，在所述密封盖板 31内壁上设置有朝向沉降收集罐体30内壁和所述阻挡隔板35顶端的前后两侧的喷淋头6，当对粉体材料收集完毕后通过输送管连接的喷淋头6对阻挡隔板35和沉降收集罐体30进行喷淋清洗。

在本发明中，所述沉降收集罐体30包括相互一体连接的上收集罐体300 和下收集罐体301，其中，由多个上收集罐体300相互紧密接触级联且依次连通形成多级收集空间，所有上收集罐体300的顶端通过密封盖板31进行密封连成一体。更为具体的是，每一个沉降收集罐体30形成一个收集空间、一个沉降空间和出料空间，其中，每一个上收集罐体300内由阻挡隔板35分隔成左右两部分，阻挡隔板35的左侧部分的空间形成收集空间，右侧部分为沉降收集后余下部分混合物料的出料空间，阻挡隔板35下方部分为下收集罐体301 的沉降空间；在第一个上收集罐体300的顶端侧壁设置所述入料端32，相邻的上收集罐体300顶端侧壁与密封盖板31内部顶壁之间形成过料通道口34，每一个上收集罐体300底端连通的下收集罐体301相互分离形成沉降空间，所述下收集罐体301为上端大、下端小的锥形收集罐体，在下收集罐体301 的底端设置所述出料口33，所述阻挡隔板35的上端固定在密封盖板31的内部顶壁，所述阻挡隔板35下端以及前后两侧分别沿上收集罐体300的前后侧壁向竖直延伸至下收集罐体301的上端口部或上端口部之下，所述阻挡隔板 35与所述过料通道口34的出料方向呈45°～90°夹角，当阻挡隔板35与所述过料通道口34呈90°时(在空间上相互垂直)，使流动的高温混合物料垂直碰撞在阻挡隔板35表面上，并迅速分散和下降，混合物料随高温蒸汽流动过程中不断与阻挡隔板35和上收集罐体300的内壁进行碰撞，使流速迅速减小，大粒径的粉体颗粒迅速下沉，从而使大粒径的粉体颗粒和小粒径的粉体颗粒在下降过程中不断分离，小粒径的粉体颗粒进入下一级上收集罐体300进行收集和沉降，在本发明中，所述相互一体连接的上收集罐体300和下收集罐体301分别由一体连接的外壳体30a和一体连接的内胆罐体30c组成，在外壳体30a和内胆罐体30c之间设置有相互连通的空腔体30b，一体成型的外壳体 30a包覆在一体成型的内胆罐体30c外壁从而形成沉降收集罐体30，在空腔体 30b内设有保温层或冷却层，若为保温层，该保温层为保温棉或热水保温层，主要在空腔体30b内注入热水进行循环，或其他设置其他可加热的加热体进行保温；若为冷却层，采用在空腔体30b内注入冷水进行循环冷却；为此，所述空腔体30b内为真空腔体或在空腔体内设置流动的冷水作为冷却层(液)，采用冷却层(液)进行冷凝降温，对水蒸气进行冷凝，通过逐渐冷凝控制混合物沉降的温度，以便减小沉降收集罐体30内的压力，从而加速混合物料的收集和沉降的效率，所述上收集罐体300和下收集罐体301的高度之比为5:2～3，混合物料收集的行程高度大于沉降的行程高度，有利于高温混合物料在更大的空间内进行收集，收集后的粉体颗粒能快速的下降至下收集罐体301内，余下的高温混合物料由下收集罐体301内上升至上收集罐体300的出料空间，并通过所述过料通道口34到达下一个沉降收集罐体30的收集空间继续收集和沉降。

在本发明中，所述上收集罐体300为圆柱形罐体，所述下收集罐体301 为圆锥形罐体，在第一个上收集罐体300的顶端侧壁沿切向方向设置所述入料端32，高温混合物料从切向方向的入料端32进入所述上收集罐体300内，所述阻挡隔板35与所述过料通道口34的出料方向呈垂直状态，高温混合物料切向进入后被上收集罐体300的内壁阻挡，并使高温混合物料流动的方向迅速改变而形成旋风状，同时通过阻挡隔板35，高温混合物料呈螺旋式沿上收集罐体300和阻挡隔板35之间的收集空间内下降收集，大部分粒径大的粉体下降至下收集罐体301内，收集完毕后将所收集的粉体从下收集罐体301 内的出料口33排出，余下粒径相对较小的粉体继续随高温蒸汽流动至下一个沉降收集罐体30进行逐级冷却收集和沉降，从而有效收集不同粒径的纳米粉体。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种纳米粉体收集系统的收集方法，将纳米粉体与高温蒸汽进行混合，使纳米粉体随蒸汽在高温状态下流动过程中，在沉降收集装置3的前端进行高温沉降收集，然后逐渐冷凝和散热，在沉降收集装置3的末端实现冷凝收集，使蒸汽与纳米粉体冷凝形成水浆排出，主要过程为：将纳米粉体和高温水蒸汽汇集于高温蒸汽输送管体2内形成混合物料后，一同高速流动送入沉降收集装置3前级的沉降收集罐体30内进行降速和高温沉降收集，在前级的沉降收集罐体30先由螺旋离心下降进行高温保温沉降收集，再依次将混合物料再以小于1m/s的流速缓慢送入沉降收集装置3后级的沉降收集罐体30内呈螺旋离心下降进行冷凝沉降收集，所述高温水蒸汽的温度为200℃～800℃，所述高温水蒸进入第一个(级)沉降收集罐体30内的入口流速为2m/s～20m/s，在第一个沉降收集罐体30内的顶端侧壁的入料端32处还可以设置减速挡板(未图示)，使蒸汽流速能够受阻而下降，蒸汽向前流动过程中，由于阻挡隔板35的阻挡作用，使蒸汽流速迅速下降，可根据不同粉体材料送入不同速度和不同温度的高温蒸汽；具体收集步骤为，高温蒸汽输送管体2将高速流动的混合物料送入第一个沉降收集罐体30内的顶端侧壁的入料端32，混合物料流动过程中遇到阻挡隔板35一侧而被阻挡，使混合物料在沉降收集罐体30内呈上至下逐渐形成螺旋离心方式下降，第一个(级)和第二个沉降收集罐体30内(收集系统的前端部分)进行高温沉降收集，混合物料在第一个沉降收集罐体30内在保温状态下进行高温沉降收集，大颗粒混合物料沉降过至第一个沉降收集罐体30内并可通过出料口33排出，沉降收集罐体30的下收集罐体301用于收集沉降粒径较大纳米粉体，而余下的粒径小的混合物料沿阻挡隔板35另一侧，再由下至上并流过第一个沉降收集罐体30的过料通道口34进入第二个沉降收集罐体30内，在每一个(级)沉降收集罐体30内，混合物料由上至下逐渐形成螺旋离心方式下降，在高温保温状态下进行沉降收集，混合物料再由下至上并流过第二个沉降收集罐体30的过料通道口34进入第三个沉降收集罐体30内，混合物料在第三个沉降收集罐体30内由上至下逐渐形成螺旋离心方式下降，混合物料在第三个沉降收集罐体30内进行降温冷凝收集，由此循环，直至混合物料流动至最后一个沉降收集罐体30内完成冷凝沉降收集，由于高温蒸汽中所含的纳米粉体在沉降收集过程中，高温水蒸汽中所携带的粉体在第三个沉降收集罐体30以及之后的沉降收集罐体30中流动时，温度逐渐降低，粒径大的纳米粉体逐渐被沉降收集，粒径最小的纳米粉体最后被沉降收集，与此同时，部分高温水蒸汽也被冷凝沉降收集，由于混合物料到达最后一个沉降收集罐体30时沉降收集的几乎只剩下冷凝水，冷凝水可同时从出料口33排出，前两个沉降收集罐体30 内的空腔体30b形成保温层，使前两个沉降收集罐体30内90％以上的混合物料基本上被收集完毕，其余的混合物料，在第三个沉降收集罐体30以及之后沉降收集罐体30的空腔体30b内形成冷却空腔，或在空腔体30b可设置有可循环的冷却水，多沉降收集罐体30的内胆罐体30a进行冷凝收集，从而有效通过高温蒸汽在缓慢流动过程中对其蒸汽温度进行冷凝控制，使高温蒸汽在小于1m/s缓慢流动过程中实现冷凝降温控制，以便减小沉降收集罐体30内的压力，使混合物料能够完全随蒸汽冷凝至常温过程中实现完全收集和沉降，整个收集系统能在后端对蒸汽进行冷却和散热，将蒸汽冷凝成水，将末端的粉体捕捉形成水浆，在逐级沉降收集纳米材料过程中实现零逃逸，达到完全收集的目的，使收集过程中无尾气产生，环境污染少，减少生产成本低，收集得到的粉体产品杂质含量低，粉体粒径大小均匀、粒度一致性好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纳米粉体收集系统，其特征在于：所述粉体收集系统包括下料罐(1)、高温蒸汽输送管体(2)和一级或两级以上的相互级联连通的沉降收集装置(3)，在所述高温蒸汽输送管体(2)的上方竖直设置所述下料罐(1)，该下料罐(1)的底端出料口与所述高温蒸汽输送管体(2)上侧壁内连通，所述高温蒸汽输送管体(2)的输出端与所述沉降收集装置(3)的入料端连通。

2.根据权利要求1所述的一种纳米粉体收集系统，其特征在于：所述沉降收集装置(3)包括多个相互紧密接触级联且依次连通的沉降收集罐体(30)，所有沉降收集罐体(30)的顶端通过密封盖板(31)进行密封连成一体，在第一个沉降收集罐体(30)的顶端侧壁设置有入料端(32)，在每个沉降收集罐体(30)的底端分别设置有出料口(33)，最末端的沉降收集罐体|(30)的顶端侧壁设置有级联输出口(33)，相邻的沉降收集罐体(30)顶端侧壁之间的高度低于入料端(31)的高度，并使相邻的沉降收集罐体(30)的顶端侧壁与密封盖板(31)内部顶壁之间形成过料通道口(34)，在每个沉降收集罐体(30)内设置有由密封盖板(31)内部顶壁向下伸入沉降收集罐体(30)内的阻挡隔板(35)，该阻挡隔板(35)的前后两侧分别密封固定在所述沉降收集罐体(30)的前后侧壁上。

3.根据权利要求2所述的一种纳米粉体收集系统，其特征在于：所述沉降收集罐体(30)包括相互一体连接的上收集罐体(300)和下收集罐体(301)，其中，由多个上收集罐体(300)相互紧密接触级联且依次连通形成多级收集空间，所有上收集罐体(300)的顶端通过一块密封盖板(31)进行密封连成一体，在第一个上收集罐体(300)的顶端侧壁设置所述入料端(32)，相邻的上收集罐体(300)顶端侧壁与密封盖板(31)内部顶壁之间形成过料通道口(34)，每一个上收集罐体(300)底端连通的下收集罐体(301)相互分离形成沉降空间，所述下收集罐体(301)为上端大、下端小的锥形收集罐体，在下收集罐体(301)的底端设置所述出料口(33)，所述阻挡隔板(35)的上端固定在密封盖板(31)的内部顶壁，所述阻挡隔板(35)下端以及前后两侧分别沿上收集罐体(300)的前后侧壁向竖直延伸至下收集罐体(301)的上端口部或上端口部之下。

4.根据权利要求3所述的一种纳米粉体收集系统，其特征在于：所述上收集罐体(300)为圆柱形罐体，所述下收集罐体(301)为圆锥形罐体，在第一个上收集罐体(300)的顶端侧壁沿切向方向设置所述入料端(32)，所述阻挡隔板(35)与所述过料通道口(34)的出料方向呈垂直状态。

5.根据权利要求3所述的一种纳米粉体收集系统，其特征在于：所述阻挡隔板(35)与所述过料通道口(34)的出料方向呈45°～90°夹角。

6.根据权利要求3所述的一种纳米粉体收集系统，其特征在于：所述相互一体连接的上收集罐体(300)和下收集罐体(301)分别由一体连接的外壳体(30a)和一体连接的内胆罐体(30c)组成，在外壳体(30a)和内胆罐体(30c)之间设置有相互连通的空腔体(30b)。

7.根据权利要求6所述的一种纳米粉体收集系统，其特征在于：在空腔体(30b)内设有保温层或冷却层。

8.根据权利要求3所述的一种纳米粉体收集系统，其特征在于：所述上收集罐体(300)和下收集罐体(301)的高度之比为5:2～3。

9.一种利用权利要求1至7任一权利要求所述的一种纳米粉体收集系统的收集方法，其特征在于：将纳米粉体与高温蒸汽进行混合，使纳米粉体随蒸汽在高温状态下流动过程中，在沉降收集装置(3)的前端进行高温沉降收集，然后逐渐冷凝和散热，在沉降收集装置(3)的末端实现冷凝收集，使蒸汽与纳米粉体冷凝形成水浆排出，其具体收集过程为：将纳米粉体和高温水蒸汽汇在集高温蒸汽输送管体(2)内形成混合物料后，一同高速流动送入沉降收集装置(3)前级的沉降收集罐体(30)内进行降速和高温沉降收集，在前级的沉降收集罐体(30)内先由螺旋离心下降进行高温保温沉降收集，再依次将混合物料缓慢送入沉降收集装置(3)后级的沉降收集罐体(30)内呈螺旋离心下降进行冷凝沉降收集。

10.根据权利要求9所述收集方法，其特征在于：所述高温水蒸汽的温度为200℃～800℃，所述高温水蒸的流速为2m/s～20m/s。

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